[发明专利]基于信号虚拟分解空域和功率域联合多址接入方法及系统

权利要求书

1.一种基于信号虚拟分解的空域和功率域联合多址接入方法，适用在多个期望发射机和一个公共接收机的无线上行通信系统，其特征在于，包括以下步骤：

(1)所述无线上行通信系统由N个期望发射机Tx_k、1个公共接收机和1个调和发射机Tx_c组成，k＝1,2,…,N，公共接收机和期望发射机共享信道矩阵，公共接收机将各个期望发射机的信道矩阵共享给调和发射机，同时期望发射机Tx_k将实际发送数据信息共享给调和发射机；

(2)每个期望发射机Tx_k根据自己与公共接收机之间的信道矩阵，设计期望发射机预编码向量p_k，k＝1,2,…,N，期望发射机Tx_k根据所述期望发射机预编码向量p_k向公共接收机发送携带数据x′_k的信号s′_k，其中，x′_k表示期望发射机向公共接收机实际发送的数据；

(3)调和发射机通过遍历以选定一正交基，并将该正交基包含的基向量所表征的空间特征作为公共接收机恢复出的多路期望信号的方向，并求解能够与期望发射机的实际发送信号相互作用，以得到恢复出的期望信号的调和信号，并进一步计算得到调和发送数据x_c及其调和发射机预编码向量p_c，调和信号s_c可虚拟地分解成多个相互正交的虚拟调和信号分量，调和发射机将调和信号的信息以及选定的正交基共享给所有期望发射机，并同时将所得的正交基共享给公共接收机，调和发射机向公共接收机发送一路携带调和数据的调和信号；

(4)期望发射机Tx_k根据调和发射机选定的正交基，确定公共接收机处的匹配滤波向量，并计算滤波后的期望数据增益α_k，期望发射机将计算所得的滤波后的期望数据增益α_k发送给公共接收机，公共接收机采用调和发射机共享的正交基，确定滤波向量并对接收到的混合信号进行匹配滤波，并用滤波输出除以期望数据增益α_k，以恢复出期望数据x_k；

步骤(3)中具体为：

(3a)调和发射机根据恢复出的期望信号s_k，k＝1,2,…,N，s_k的单位方向向量以及实际发送信号s′_k在上的正交投影为得到虚拟调和信号分量：

其中，由，k＝1,2,…,N所构成的正交向量构成一组正交基；

调和发射机根据期望发射机的实际发送信号s′_k，通过遍历得到使调和信号功率开销最小的正交基，该正交基包含的向量为表示公共接收机Rx₀恢复出的多路期望信号的方向，公共接收机Rx₀恢复出的多路期望信号的方向分别位于该正交基包含的基向量所表征的空间方向上；

(3b)η_k＝||s_ck||²，k＝1,2,…,N为第k个期望发射机的发射信号所需的虚拟调和信号分量的功率开销，在区间(0,||s′_k||²)内对η_k进行遍历取值，对于遍历过程中的每个η_k值都是根据式(2)得到一个单位向量并判断是否满足条件：

对满足式(3)的第一个子式的及其对应的η_k进行保存，若一个η_k出现多个符合式(3)的第一个子式的则将这些符合条件的记作，k＝1,2,…,N，将对应的η_k记为并进行保存；

对具有不同下标k的进行组合，每一个k仅从j_k＝1,2,…中选取一个j_k作为上述组合中的一个元素，得到多个组合将每组中的任意两个元素代入式(3)的第二个子式进行检验，对任意两个元素均满足式(3)的第二个子式的进行保存，并计算保存的每一组所对应的调和功率开销，第t组对应的调和功率开销选取最小的记为并得到与之对应的记为为遍历得到的正交基，将期望发射机实际发送的信号恢复到该正交基包含的基向量所表征的空间方向上，调和发射机的功率开销最小，为调和信号表示为：

(3c)计算调和信号的发送的预编码向量p_c以及调和信号发送数据x_c，根据以及计算得到的最小功率开销P_cmin可得根据由式(4)得到的调和信号，令参数a_k和b_k，为已知量，其中是调和发射机的天线个数，调和发射机的调和发送数据表示为x_c＝a_c+b_ci，定义可得b_c＝a_ctanθ_c，其中θ_c由调和发射机在相位区间[0,2π)选取，P_c表示调和发射机发送调和信号的发射功率，调和信号的预编码向量其中a_ck和b_ck，为未知量，且||p_c||＝1，则有由此可得根据复数的实部和虚部对应相等的原则，得到方程组：

对式(5)所包含的所有子式的等号两边取平方并相加，得得到调和信号携带的调和发送数据为：

x_c＝a_c+a_ctanθ_ci (6)

其中，

由||p_c||＝1，对等号两边同时除以得得到调和信号的预编码向量为：

调和发射机将调和信号的信息以及遍历所得的正交基共享给所有期望发射机，并同时将所得的正交基共享给公共接收机，调和发射机向公共接收机发送一路携带调和数据的调和信号；

所述步骤(4)中具体为：

期望发射机Tx_k，k＝1,2,…,N用波束成形的方式，以发射功率和预编码p_k向公共接收机发送数据x′_k的信号s′_k，调和发射机以发射功率P_cmin和预编码p_c向公共接收机调和发送数据x_c的调和信号s_c，在公共接收机处Rx₀，对恢复出的各个相互正交的期望信号分量进行匹配滤波，期望发射机根据来自调和发射机选定的正交基信息确定公共接收机处的匹配滤波向量，该滤波向量记为 k＝1,2,…,N，则期望发射机根据调和发射机共享的调和信号信息和正交基计算出滤波后得到的期望数据x_k的增益α_k，k＝1,2,…,N为：

期望发射机将滤波后的期望数据增益α_k发送给公共接收机，公共接收机采用调和发射机共享的正交基确定滤波向量f_k，对接收到的混合信号进行匹配滤波，并用滤波输出除以期望数据增益α_k，从而恢复出期望数据x_k：